糧食干燥水分在線解析與能效評(píng)價(jià)研究.pdf

1、糧食是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展最重要的戰(zhàn)略物質(zhì)，其干燥能耗、品質(zhì)、效率倍受關(guān)注，由于構(gòu)成和影響糧食干燥過(guò)程發(fā)展的因素繁多，介質(zhì)狀態(tài)和糧食物性、質(zhì)構(gòu)，集群組態(tài)、流態(tài)、位置伴隨干燥過(guò)程實(shí)時(shí)變化，反過(guò)來(lái)又導(dǎo)致熱、質(zhì)交換、干燥?及其傳遞方向發(fā)生本質(zhì)的變化，瞬態(tài)傳輸過(guò)程動(dòng)力在相際間的相互作用機(jī)制極其復(fù)雜，單純依賴物理檢測(cè)手段還很難得到能夠代表系統(tǒng)特征較為可靠的測(cè)量結(jié)果，可以期待的重要途徑之一是通過(guò)模型解析，揭示其變化規(guī)律，得到能客觀、真實(shí)地反映干燥過(guò)程

2、的水分在線分析解，實(shí)現(xiàn)干燥過(guò)程自適應(yīng)控制。為此，本文僅僅圍繞優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、安全、環(huán)保的糧食干燥目標(biāo)，以發(fā)展糧食水分在線解析理論，合理的干燥能量匹配為主要任務(wù)，從干燥系統(tǒng)定性特征參數(shù)、無(wú)量綱分析入手，采用理論分析與試驗(yàn)考證相結(jié)合的方法，針對(duì)特定的糧食干燥系，揭示其系統(tǒng)特征，工藝和過(guò)程擾動(dòng)等相互聯(lián)系和相互作用機(jī)制，說(shuō)明過(guò)程解析方法；同時(shí)，對(duì)干燥系統(tǒng)進(jìn)行能效評(píng)價(jià)。論文研究工作及創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾方面：
　?。?）理論推導(dǎo)出干燥系

3、統(tǒng)無(wú)量綱；同時(shí)，基于薄層干燥水分?jǐn)U散模型、深層干燥質(zhì)量守恒原理、態(tài)函數(shù)和不可逆熱力學(xué)分析方法，建立并求解了糧食深層干燥基礎(chǔ)方程，獲得了順流、逆流、橫流和靜置層干燥方式下糧食自由含水比率和干燥速率分布解析式；解析結(jié)果表明：糧食在順流層內(nèi)經(jīng)歷持續(xù)降速干燥的過(guò)程，干燥速率的最大點(diǎn)發(fā)生在干燥初期，即干燥層熱風(fēng)入口位置，存在含水比率初期迅速降低，后期變化極其平緩的過(guò)程；深層逆流干燥，存在干燥速率的極值點(diǎn)，最大干燥速率不一定在干燥層熱風(fēng)出口和入口位

4、置，在通風(fēng)溫度、濕度、送風(fēng)量相同的干燥條件下，逆流干燥速率明顯高于順流，表明了逆流干燥能量利用效果優(yōu)于順流；糧食在橫流和靜置層內(nèi)的干燥特性相同，進(jìn)風(fēng)側(cè)和出風(fēng)側(cè)的干燥速率相差很大，表明干燥的均勻性和品質(zhì)差，干燥效率低；
　?。?）在論證單一籽粒不同方向上與籽粒整體去水特性相似的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出表征深層干燥過(guò)程的理論表達(dá)式；并對(duì)深層干燥系統(tǒng)中定性特征參數(shù)進(jìn)行理論分析和定量評(píng)價(jià)；
　?。?）研究干燥體積收縮，引入體積膨脹系數(shù)，給出不

5、同含水率糧食在干燥層內(nèi)的干燥時(shí)間和平均流速的理論表達(dá)式；同時(shí)，以稻谷干燥為例，試驗(yàn)考察稻谷形態(tài)特征、含雜率、容腔幾何結(jié)構(gòu)大小和形狀對(duì)體積膨脹系數(shù)的影響，研究結(jié)果表明，形態(tài)特征、含雜率對(duì)體積膨脹系數(shù)影響比較顯著，而容腔幾何結(jié)構(gòu)大小和形狀不顯著，在特定的干燥系統(tǒng)中，稻谷的體積膨脹系數(shù)為確定的常數(shù)；
　?。?）參考5HNH-15型稻谷逆流熱風(fēng)干燥機(jī)，建立糧食多段逆流緩蘇干燥過(guò)程解析模型，并根據(jù)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)條件，對(duì)實(shí)際干燥過(guò)程進(jìn)行模型解析，結(jié)

6、果表明：解析結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)具有很好的一致性，過(guò)程含水率偏差不超過(guò)±0.3％w.b.，出糧含水率偏差僅為-0.14%w.b.，驗(yàn)證了模型解析的可靠性；
　?。?）基于?理論的干燥系統(tǒng)能效評(píng)價(jià)法，分別對(duì)糧食低溫循環(huán)干燥機(jī)和連續(xù)式糧食干燥機(jī)耗能情況進(jìn)行分析，結(jié)果顯示：造成低溫循環(huán)干燥機(jī)平均熱效率和?效率偏低的主要原因在于干燥過(guò)程的能量匹配較差，但干燥系統(tǒng)的單位熱耗量為5200kJ/kg，與國(guó)標(biāo)≤7400 kJ/kg相比，節(jié)能仍有29.7

7、%；而連續(xù)式干燥機(jī)平均熱效率和?效率相對(duì)比較理想，干燥系統(tǒng)的單位熱耗量為2944.6kJ/kg，與國(guó)標(biāo)≤7400 kJ/kg相比，節(jié)能達(dá)到60.2%，節(jié)能效果明顯。研究結(jié)果表明，合理匹配干燥過(guò)程參數(shù)及設(shè)計(jì)參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)糧食優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能干燥；
　?。?）說(shuō)明系統(tǒng)內(nèi)存在糧食升溫、蒸發(fā)出的水分升溫、慣性流動(dòng)以及干燥室散熱等不可逆熱損，并把這些損失都折算到糧食升溫上，給出表征系統(tǒng)熱損的熱損比熱容理論表達(dá)式；同時(shí)，提出一種評(píng)價(jià)干燥系統(tǒng)性